具有复杂模拟功能的小型MCU如何在电池供电应用中节省电路板空间和系统成本

Microchip Technology

MCU8

STIan Sogstad

在开发设计安防监控系统和无线网络诊疗监测设备等运用时，设计方案的顺利是否在于众多要素。殊不知，针对这类充电电池配电的连接网络运用，设计方案多元性和电源效率可能是在其中较为关键的要素。这是由于，如需增加终端设备运用需要的电池循环次数，就务必减少均值功能损耗。为了更好地打造出靠谱且使用寿命更长的设计方案，与此同时能够更好地达到这类运用的功能损耗规定，设计方案工作人员应最先考虑到应用外观设计精巧，内嵌智能化、繁杂的特点和作用，与此同时具备环保节能实际效果的单片机设计（MCU）。该类MCU可以解决运用需要的大部分每日任务，因而有利于减少感应器连接点设计方案对外界无源元件的要求，与此同时具备功耗低和别的内嵌特点，可以提升灵敏性和简便性。

比如，在设计方案家庭安防系统等运用的蓄电池配电感应器连接点时，通常会在住房里外应用微波感应器红外线（PIR）感应器检验异常的健身运动。PIR感应器可检测传感器元器件所认知的红外线辐射量的转变，这类转变会因为感应器检验范畴内物件的环境温度和表层特点而各有不同。当有些人通过感应器检验范畴时，感应器会检查到工作温度变成人体温度，随后再修复至工作温度。它会将人进到时需造成的红外线辐射量转变变换为输出电压（VPIR（t））的转变。针对与工作温度同样但表层特点不一样的其它物件，感应器也会检查到不一样的辐射源方式，如下图1所显示。

图1.PIR感应器健身运动检验基本原理

PIR感应器的导出数据信号脉冲信号通常极低，不够1 mV。若要检验到健身运动与此同时防止误检，必须先将脉冲信号变大再由数模转换器（ADC）开展取样。在常见的PIR解决方法中，数据信号变大应用功率放大多级别运放电路（Op Amp）完成，而这会提升设计方案的多元性、提升元器件总数、减少电源效率和提升成本费等。请再次阅读文章下面，掌握精巧又环保节能的MCU怎样协助减少等不好危害。

设计方案多元性

若PIR感应器连接点设计方案根据具备所需功能集（如12位差分信号ADC和可编收获放大仪（PGA））的中小型MCU，则可减少对外界元器件的要求，并可节约线路板室内空间和原材料明细（BOM）成本费。因而，可以考虑到应用MickroE的PIR click感应器。它是一块印刷线路板（PCB），在其中涵盖了产生一切正常作业的PIR感应器连接点需要的全部无源元件。该click板根据放大电路解决方法，ADC、电阻器和电容器均已包含以内，因而可拆箱即用，有利于轻轻松松开展原型图和评定。为有利于轻轻松松开展原型图，可以选用的典型性设定为，将PIR click板与Microchip适用Click boards™的Curiosity Nano基材和Curiosity Nano评定工具箱配搭应用。假如应用Microchip Technology具备12位差分信号ADC和PGA的ATTIny1627等MCU，PIR感应器连接点解决方法可以取得优点。因为不用应用外界放大电路变大数据信号，可明显降低外界元器件的总数。再再加上不用外界ADC，因而还能够省掉电阻器和电容器等别的多种多样无源元件。

因而，应用该类MCU，可明显降低PIR click的PCB走线工作中。图2展现了可以省掉的元器件（X）及其新的接口方式（深蓝色线框）。

注：图内展现了在PIR click的根基上实现改动的实例，由于这类改动比设计方案新的PCB并获得所需元器件更加便捷。改动后的解决方法与click板的主要用途并不矛盾。

图2.PIR click改动实例和电路原理图

通过以上调整后，就可以运用内嵌的12位差分信号ADC和PGA。挑选合适的MCU后，可大大减少需要的外部结构元器件，如下图3所显示。

图3.改动后的PIR click和电路原理图

降低常用的外部结构元器件后，如需更换外界元器件，要考虑到的硬件配置常见问题也相对应降低，因而硬件配置和PCB设计更加干净整洁、紧密。除此之外，因为更多个任务都是在MCU中解决，APP和固定件也更为紧密和高效率。时钟频率和关联的监管也更加便捷简约。

若将感应器连接点设计方案的绝大多数多元性从硬件配置迁移至MCU和中间控制部件（CPU）并在固定件中进行管理方法，在开发设计流程中就可以更加灵便地变更和加上作用，而不用花费时间再次设计电路板合理布局，进而可以节约设计方案時间和成本费。与此同时，对于功能损耗等其它要素的代码设计也更加便捷。只需变更基本参数，设计方案工作人员就能变更运用编程代码来加上作用，或提升编码来降低功耗或与自然环境标准有关的敏感度。当工作温度低于30°C时，感应器在有些人进到检验范畴时很有可能难以检验到，而提升编码可减少对系统工作温度转变的敏感度。在加上系统时，可以加上人工神经网络作用，用以鉴别运动模式并协助系统学习如何区分噪音或人和动物的运动等。

针对应用PIR感应器的健身运动检验运用，ATTIny1627等MCU内嵌有一定的需的大多数作用，因而可将设计方案的多元性从硬件配置迁移至固定件和APP。这般便可减少多元性，与此同时提升灵敏性。

电源效率

对传感器网络连接点来讲，功能损耗是一项关键考虑要素。这是由于充电电池的使用期限越长，感应器连接点的使用期限就越长，因而全部感应器应用系统的使用期限也就越长。这一点对全部传感器网络系统软件都可用。假如已安裝数十、数百人乃至数千个感应器来完成不一样的检测作用，当连接点关掉时，则该连接点将被视作身亡或作用出现异常。针对大型的感应器系统软件，换电池或连接点自身代表着为终端用户产生附加成本费，而且在连接点处在关掉情况时，系统软件可能无效或没法充分运用功效，因而在产生意外事故时很有可能不容易下发通知。因而，充电电池的使用期限越久越好。

因为MCU具备休眠状态而且可迅速唤起，每一个感应器连接点的功能损耗都能够做到极低的水准。连接点可以休眠状态，当在感应器检验范畴内显示溫度转变并从而检验到健身运动时，连接点便会迅速唤起，并在进行信号分析后回到休眠状态。因而，可以增加每一个充电电池配电时间的上班时间，而不用换电池。请参照图4，掌握应用休眠状态和迅速唤起时CPU的作业方法。功能损耗在于实际运用，而且会依据PIR感应器的配备、取样的时间和过滤主要参数而各有不同，这种要素也会危害感应器的检验范畴和/或敏感度。若运用必须做到更低的功能损耗，可以对那些主要参数开展调节，进一步降低功耗。

图4. 固定件状态图

ATTIny1627等MCU外观设计精巧且功能齐全，而且自带有智能化、繁杂的特点和作用，可改善电流量耗费和功能损耗高效率，进而增加充电电池配电连接网络运用的使用期限，与此同时减少设计方案多元性、减少系统软件成本费用和减少上市时间。

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